本發(fā)明公開了一種單相機(jī)雙目視覺傳感器及其設(shè)計(jì)方法，屬于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的雙目視覺傳感器是基于視差原理，利用兩臺交叉擺放的攝相機(jī)從不同角度觀察同一被測物體，獲取同一物體特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，來完成目標(biāo)點(diǎn)的三維測量。但該方法存在一定的缺點(diǎn)：一方面，對于動態(tài)測量來說，由于兩臺攝相機(jī)的工作狀態(tài)不可能完全同步從而降低了測量精度；另一方面，對于某些場合，由于對視覺傳感器的體積及重量要求嚴(yán)格，兩臺攝相機(jī)組成的視覺傳感器難以滿足要求。單攝相機(jī)在不同時刻從不同角度獲取被測物體的兩幅圖，以此來獲得立體視差雙目視覺三維測量。雖然只使用一臺攝相機(jī)，但在測量過程中需要不斷移動，難以進(jìn)行實(shí)時的在現(xiàn)測量，實(shí)時同步性差。單攝相機(jī)結(jié)合平面反射鏡構(gòu)成的雙目視覺系統(tǒng)安裝靈活，系統(tǒng)的配置只需要一個攝相機(jī)和兩塊反射鏡，實(shí)時同步性良好，僅需要獲取一幅圖像，減少了工作量，提高了效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明公開了一種單相機(jī)雙目視覺傳感器及其調(diào)試方法，以一個攝相機(jī)和兩塊反射鏡為主體，以計(jì)算機(jī)視覺測量為核心的雙目視覺設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)了雙目立體視覺技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。且本發(fā)名配備上彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光能夠使系統(tǒng)獲得更多的目標(biāo)物體特征，從而簡化計(jì)算，和同步實(shí)時性良好；本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種單相機(jī)雙目視覺傳感器，包括右反射鏡、左反射鏡、外框架4、攝相機(jī)，所述左反射鏡與右反射鏡左右對稱地相交于所述外框架上，其相交夾角為60°-90°，長為15-20cm，寬為5-10cm；所述的攝相機(jī)相隔一定距離安裝于左反射鏡與右反射鏡夾角平分線所在平面上，且其光軸對著左反射鏡與右反射鏡相交線的中心位置；所述攝相機(jī)經(jīng)過右反射鏡形成一個虛擬攝相機(jī)，經(jīng)過左攝相機(jī)形成另外一個虛擬攝相機(jī)，兩個虛擬攝相機(jī)構(gòu)成傳統(tǒng)雙目立體視覺攝相機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。進(jìn)一步地，還包括彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光，所述的彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光位于左反射鏡與右反射鏡垂直下方，其中心與左反射鏡、右反射鏡鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中心在一條直線上，使測量物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。進(jìn)一步地，所述的外框架包括底座，垂直設(shè)置在所述底座上的反射鏡可調(diào)支架、用于支撐攝相機(jī)的攝相機(jī)可調(diào)支架、用于固定攝相機(jī)的攝相機(jī)安裝槽，底座均為鋼制材料，用于固定反射鏡可調(diào)支架和彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光。外框架結(jié)構(gòu)靈活，高度可調(diào)，所述的攝相機(jī)可調(diào)支架為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的長度，可以改變攝相機(jī)的高度，同時攝相機(jī)可調(diào)支架可以移動從而改變攝相機(jī)與左、右反射鏡的距離；進(jìn)一步地，所述的反射鏡可調(diào)支架上還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)左反射鏡與右反射鏡的夾角的反射鏡連接部，所述的反射鏡可調(diào)支架為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的反射鏡連接部，可以改變左、右反射鏡的夾角；進(jìn)一步地，所述攝相機(jī)安裝槽的側(cè)面設(shè)置有方便手動旋轉(zhuǎn)調(diào)整攝相機(jī)5焦距的鏤空結(jié)構(gòu)。一種如所述單相機(jī)雙目視覺傳感器的調(diào)試方法，包括步驟：步驟1、在設(shè)定坐標(biāo)系中根據(jù)攝相機(jī)、假設(shè)物體及任一反射鏡上物體反射點(diǎn)的坐標(biāo)值求得該反射鏡法線斜率K1；步驟2、以假設(shè)物體坐標(biāo)為圓心，以該圓心到步驟1中所述反射鏡的距離d為半徑畫圓，使另一反射鏡過步驟1中所述反射面的上端點(diǎn)外切于所畫的圓，得到另一反射鏡的法線的斜率K2步驟3、根據(jù)所述K1、K2得出左反射鏡與右反射鏡所成的角度α：α＝π+arctan(K1)-arctan(K2)。進(jìn)一步地，還包括步驟：步驟4、根據(jù)左反射鏡、右反射鏡所形成的角度α和假設(shè)物體位置，將彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光放置在目標(biāo)物的正下方位置，其中心與左反射鏡1、右反射鏡2鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中心在一條直線上。進(jìn)一步地，將攝相機(jī)安裝在設(shè)定坐標(biāo)系原點(diǎn)處，假設(shè)物體坐標(biāo)為(0，y1),任一反射鏡上物體的反射點(diǎn)坐標(biāo)為(x2,y2)，由于要組成正交的虛擬雙目視覺系統(tǒng)，所以y2＝y(tǒng)1+x2，則求得任一反射鏡的法線的斜率K1為：進(jìn)一步地，所述步驟2中，假設(shè)所畫的圓與另一鏡面相切于點(diǎn)(x3,y3)，則斜率K2為：相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：一、采用單攝相機(jī)結(jié)合左右反射鏡加彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，傳感器結(jié)構(gòu)得到簡化。攝相機(jī)與反射鏡之間的距離可遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雙目視覺中兩臺攝相機(jī)之間的實(shí)際距離，利于傳感器的小型化設(shè)計(jì)。二、采用單攝相機(jī)結(jié)合左右反射鏡加彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光使測量物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。使被測物體的視差更大，簡化計(jì)算，減少計(jì)算機(jī)視覺處理技術(shù)的工作量，提高效率。三、由單攝相機(jī)虛擬出的兩臺攝相機(jī)完全相同，其焦距、鏡頭畸變、光學(xué)響應(yīng)、像元大小等參數(shù)也完全相同避免了傳統(tǒng)雙目兩幅圖像的嚴(yán)格同步要求，僅需要獲取一幅圖像，減少了工作量，提高了效率；附圖說明圖1為本發(fā)明傳感器的組成示意圖。圖2為本發(fā)明傳感器的外框架組成示意圖。圖3為本發(fā)明傳感器的原理結(jié)構(gòu)模型示意圖。圖中所示為：1-左反射鏡；2-右反射鏡；3-彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光；4-外框架；5-攝相機(jī)；6-攝相機(jī)可調(diào)支架；7-反射鏡可調(diào)支架；8-攝相機(jī)安裝槽；9-底座；10-第一虛擬攝相機(jī)；11-第二虛擬攝相機(jī)；12-假設(shè)物體。具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。如圖1和圖2所示，一種單相機(jī)雙目視覺傳感器，包括右反射鏡2、左反射鏡1、外框架4、彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3、攝相機(jī)5，所述左反射鏡1與右反射鏡2左右對稱地相交于所述外框架4上，其相交夾角為60°-90°，長為15-20cm，寬為5-10cm；所述的攝相機(jī)5相隔一定距離安裝于左反射鏡1與右反射鏡2夾角平分線所在平面上，且其光軸對著左反射鏡1與右反射鏡2相交線的中心位置；所述的彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3位于左反射鏡1與右反射鏡2垂直下方，其中心與左反射鏡1、右反射鏡2鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中心在一條直線上，使測量物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。所述的外框架4包括底座9，垂直設(shè)置在所述底座9上的反射鏡可調(diào)支架7、用于支撐攝相機(jī)5的攝相機(jī)可調(diào)支架6、用于固定攝相機(jī)5的攝相機(jī)安裝槽8，底座9均為鋼制材料，用于固定反射鏡可調(diào)支架7和彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3。外框架4結(jié)構(gòu)靈活，高度可調(diào)，所述的攝相機(jī)可調(diào)支架6為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的長度，可以改變攝相機(jī)的高度，同時攝相機(jī)可調(diào)支架6可以移動從而改變攝相機(jī)與左、右反射鏡的距離；所述的反射鏡可調(diào)支架7上還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)左反射鏡1與右反射鏡2的夾角的反射鏡連接部，所述的反射鏡可調(diào)支架7為鋼質(zhì)材料，調(diào)整它的反射鏡連接部，可以改變左、右反射鏡的夾角；所述攝相機(jī)安裝槽8的側(cè)面設(shè)置有方便手動旋轉(zhuǎn)調(diào)整攝相機(jī)5焦距的鏤空結(jié)構(gòu)。所述攝相機(jī)5經(jīng)過右反射鏡2形成第一虛擬攝相機(jī)10，經(jīng)過左反射鏡1形成另外第二虛擬攝相機(jī)11，兩個虛擬攝相機(jī)構(gòu)成傳統(tǒng)雙目立體視覺攝相機(jī)，從不同角度采集具有視差的目標(biāo)物體圖像，從而實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。如圖3所示，一種如所述單相機(jī)雙目視覺傳感器的調(diào)試方法，包括步驟：步驟1、在設(shè)定坐標(biāo)系中根據(jù)攝相機(jī)5、假設(shè)物體12及左反射鏡1上物體反射點(diǎn)的坐標(biāo)值求得該反射鏡法線斜率K1，將攝相機(jī)5安裝在設(shè)定坐標(biāo)系原點(diǎn)處，假設(shè)物體12坐標(biāo)為(0，y1),左反射鏡1上物體的反射點(diǎn)坐標(biāo)為(x2,y2)，由于要組成正交的虛擬雙目視覺系統(tǒng)，所以y2＝y(tǒng)1+x2，則求得任一反射鏡的法線的斜率K1為：步驟2、以假設(shè)物體12坐標(biāo)為圓心，以該圓心到左反射鏡1的距離d為半徑畫圓，使右反射鏡2外切于所畫的圓于點(diǎn)(x3,y3)，得到右反射鏡2的法線的斜率K2為：步驟3、根據(jù)所述K1、K2得出左反射鏡1與右反射鏡2所成的角度α：α＝π+arctan(K1)-arctan(K2)；(3)步驟4、根據(jù)左反射鏡1、右反射鏡2所形成的角度α和假設(shè)物體12位置，將彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3放置在目標(biāo)物的正下方位置，其中心與左反射鏡1、右反射鏡2鏡形成的三角結(jié)構(gòu)中心在一條直線上。使用的攝相機(jī)5為德國映美精公司生產(chǎn)的黑白工業(yè)攝相機(jī)，具體型號為DMK72AUC02。本發(fā)明以精密機(jī)械設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)視覺測量為核心，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，設(shè)計(jì)出可在線使用的精密測量儀器；攝相機(jī)4經(jīng)過左反射鏡1、右反射鏡2成像形成光軸垂直的兩個虛擬相機(jī)，彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3使測量物體表面形成連續(xù)的彩色光模式。計(jì)算機(jī)控制攝相機(jī)5拍攝目標(biāo)物體，并對圖像進(jìn)行處理。相當(dāng)于在雙目視覺技術(shù)中，用兩個攝相機(jī)3在不同方向拍攝獲得目標(biāo)物體特征。本發(fā)明采用單相機(jī)結(jié)合左反射鏡1、右反射鏡2和彩色環(huán)形結(jié)構(gòu)光3的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，極大程度上降低了由于雙攝相機(jī)固有內(nèi)參的差異對三維重構(gòu)的影響，簡化實(shí)時運(yùn)算實(shí)現(xiàn)了更好的三維重建的時間同步性。本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。